Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum (Pcc) is a gram-negative, broad host range bacterial pathogen which causes soft rot disease in potatoes as well as other vegetables worldwide. While Pectobacterium infection relies on the production of major cell wall degrading enzymes, other virulence factors and the mechanism of genetic adaptation of this pathogen is not yet clear. In the present study, we have performed an in-depth genome-wide characterization of Pcc strain ICMP5702 isolated from potato and compared it with other pathogenic bacteria from the Pectobacterium genus to identify key virulent determinants. The draft genome of Pcc ICMP5702 contains 4,774,457 bp with a G + C content of 51.90% and 4,520 open reading frames. Genome annotation revealed prominent genes encoding key virulence factors such as plant cell wall degrading enzymes, flagella-based motility, phage proteins, cell membrane structures, and secretion systems. Whereas, a majority of determinants were conserved among the Pectobacterium strains, few notable genes encoding AvrE-family type III secretion system effectors, pectate lyase and metalloprotease in addition to the CRISPR-Cas based adaptive immune system were uniquely represented. Overall, the information generated through this study will contribute to decipher the mechanism of infection and adaptive immunity in Pcc.
Jung-Ae Kim;Hyun-Jun Jang;Dae-Hyuk Kim;Youn Kyoung Son;Yangseon Kim
Journal of Animal Science and Technology
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v.65
no.5
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pp.1105-1109
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2023
Pedi coccus acidilactici CACC 537 was isolated from canine feces and reported to have probiotic properties. We aimed to characterize the potential probiotic properties of this strain by functional genomic analysis. Complete genome sequencing of P. acidilactici CACC 537 was performed using a PacBio RSII and Illumina platform, and contained one circular chromosome (2.0 Mb) with a 42% G + C content. The sequences were annotation revealed 1,897 protein-coding sequences, 15 rRNAs, and 56 tRNAs. It was determined that P. acidilactici CACC 537 genome carries genes known to be involved in the immune system, defense mechanisms, restriction-modification (R-M), and the CRISPR system. CACC 537 was shown to be beneficial in preventing pathogen infection during the fermentation process, help host immunity, and maintain intestinal health. These results provide for a comprehensive understanding of P. acidilactici and the development of industrial probiotic feed additives that can help improve host immunity and intestinal health.
The synergistic activation mediator (SAM) system can robustly activate endogenous gene expression by a single-guide RNA. This transcriptional modulation has been shown to enhance gene promoter activity and leads to epigenetic changes. Human $interferon-{\gamma}$ is a common natural glycoprotein involved in antiviral effects and inhibition of cancer cell growth. Large quantities of high-purity $interferon-{\gamma}$ are important for medical research and clinical therapy. To investigate the possibility of employing the SAM system to enhance endogenous human $interferon-{\gamma}$ with normal function in innate immunity, we designed 10 single-guide RNAs that target 200 bp upstream of the transcription start sites of the $interferon-{\gamma}$ genome, which could significantly activate the $interferon-{\gamma}$ promoter reporter. We confirmed that the system can effectively and highly activate $interferon-{\gamma}$ expression in several humanized cell lines. Moreover, we found that the $interferon-{\gamma}$ induced by the SAM system could inhibit tumorigenesis. Taken together, our results reveal that the SAM system can modulate epigenetic traits of non-immune cells through activating $interferon-{\gamma}$ expression and triggering JAK-STAT signaling pathways. Thus, this strategy could offer a novel approach to inhibit tumorigenesis without using exogenous $interferon-{\gamma}$.
The plant breeding technology was developed with genetic engineering. Many researchers and breeders have turned from traditional breeding to molecular breeding. Genetically modified organisms (GMO) were developed via molecular breeding technology. Currently, molecular breeding technologies facilitate efficient plant breeding without introducing foreign genes, in virtue by of gene editing technology. Gene targeting (GT) via homologous recombination (HR) is one of the best gene editing methods available to modify specific DNA sequences in genomes. GT utilizes DNA repair pathways. Thus, DNA repair systems are controlled to enhance HR processing. Engineered sequence specific endonucleases were applied to improve GT efficiency. Engineered sequence specific endonucleases like the zinc finger nuclease (ZFN), TAL effector nuclease (TALEN), and CRISPR-Cas9 create DNA double-strand breaks (DSB) that can stimulate HR at a target site. RecQl4, Exo1 and Rad51 are effectors that enhance DSB repair via the HR pathway. This review focuses on recent developments in engineered sequence specific endonucleases and ways to improve the efficiency of GT via HR effectors in plants.
In the present study, we performed electroporation to deliver protein into microalgae using previously developed digital electroporation system. Green fluorescence protein was successfully delivered into a live microalgae cell nucleus without cell wall removal. By investigating the effects of applied voltage on the protein delivery efficiency, optimal electroporation electric field condition was found (960 V/cm). We also investigated the delivery of Yo-Pro-1 into cell to examine the size effects of delivered materials and found that there is little size effects on the optimal condition. Finally, the implications of the present results and future work are discussed.
Protein phosphatase 4 (PP4) is a crucial protein complex that plays an important role in DNA damage response (DDR), including DNA repair, cell cycle arrest and apoptosis. Despite the significance of PP4, the mechanism by which PP4 is regulated remains to be elucidated. Here, we identified a novel PP4 inhibitor, protein phosphatase 4 inhibitory protein (PP4IP) and elucidated its cellular functions. PP4IP-knockout cells were generated using the CRISPR/Cas9 system, and the phosphorylation status of PP4 substrates (H2AX, KAP1, and RPA2) was analyzed. Then we investigated that how PP4IP affects the cellular functions of PP4 by immunoprecipitation, immunofluorescence, and DNA double-strand break (DSB) repair assays. PP4IP interacts with PP4 complex, which is affected by DNA damage and cell cycle progression and decreases the dephosphorylational activity of PP4. Both overexpression and depletion of PP4IP impairs DSB repairs and sensitizes cells to genotoxic stress, suggesting timely inhibition of PP4 to be indispensable for cells in responding to DNA damage. Our results identify a novel inhibitor of PP4 that inhibits PP4-mediated cellular functions and establish the physiological importance of this regulation. In addition, PP4IP might be developed as potential therapeutic reagents for targeting tumors particularly with high level of PP4C expression.
The NLRP3 (nucleotide-binding domain, leucine-rich repeat family pyrin domain containing 3) inflammasome plays an important role in the initiation of inflammatory responses, through the recognition of pathogen-associated molecular patterns and tumor progression, including tumor growth and metastasis. In this study, we examined the effects of defective NLRP3 on the growth, migration, and invasiveness of hepatocellular carcinoma (HCC) SK-Hep1 cell. First, HCC SK-Hep1 cells were transfected with human NLRP3 targeting LentiCRISPRv2 vector using the CRISPR-Cas9 system, and NLRP3 deficiency was confirmed by RT-qPCR and western blotting. NLRP3 deficient SK-Hep1 cells showed delayed cell growth and decreased protein expression of PI3K, p-AKT, and pNF-κB when compared to NLRP3 complete SK-Hep1 cells. In addition, NLRP3 deficiency arrested the cell cycle at G1 phase through an increase in p21 and a reduction in CDK6. NLRP3 deficient SK-Hep1 cells also showed significantly delayed cell migration, invasion, and wound healing. The expression of epithelial-mesenchymal transition signaling molecules, such as N-cadherin and MMP-9, was found to be dramatically decreased in NLRP3 deficient SK-Hep1 cells compared to NLRP3 complete SK-Hep1 cells.
The virus-induced genome editing (VIGE) system aims to induce targeted mutations in seeds without requiring any tissue culture. Here, we show that tobacco rattle virus (TRV) harboring guide RNA (gRNA) edits germ cells in a wild tobacco, Nicotiana attenuata, that expresses Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9). We first generated N. attenuata transgenic plants expressing SpCas9 under the control of 35S promoter and infected rosette leaves with TRV carrying gRNA. Gene-edited seeds were not found in the progeny of the infected N. attenuata. Next, the N. attenuata ribosomal protein S5 A (RPS5A) promoter fused to SpCas9 was employed to induce the heritable gene editing with TRV. The RPS5A promoter-driven SpCas9 successfully produced monoallelic mutations at three target genes in N. attenuata seeds with TRV-delivered guide RNA. These monoallelic mutations were found in 2%-6% seeds among M1 progenies. This editing method provides an alternative way to increase the heritable editing efficacy of VIGE.
Soil is the major source of plant-associated microbes. Several fungal and bacterial species live within plant tissues. Actinomycetes are well known for producing a variety of antibiotics, and they contribute to improving plant health. In our previous report, Streptomyces globisporus SP6C4 colonized plant tissues and was able to move to other tissues from the initially colonized ones. This strain has excellent antifungal and antibacterial activities and provides a suppressive effect upon various plant diseases. Here, we report the genome-wide analysis of antibiotic producing genes in S. globisporus SP6C4. A total of 15 secondary metabolite biosynthetic gene clusters were predicted using antiSMASH. We used the CRISPR/Cas9 mutagenesis system, and each biosynthetic gene was predicted via protein basic local alignment search tool (BLAST) and rapid annotation using subsystems technology (RAST) server. Three gene clusters were shown to exhibit antifungal or antibacterial activity, viz. cluster 16 (lasso peptide), cluster 17 (thiopeptide-lantipeptide), and cluster 20 (lantipeptide). The results of the current study showed that SP6C4 has a variety of antimicrobial activities, and this strain is beneficial in agriculture.
Organophosphorus (OP) pesticides, particularly malathion, parathion, diazinon, and chlorpyrifos, are widely used in both agricultural and residential contexts. This refractory quality is shared by certain organ phosphorus insecticides, and it may have unintended consequences for certain non-target soil species. Bioremediation cleans organic and inorganic contaminants using microbes and plants. Organophosphate-hydrolyzing enzymes can transform pesticide residues into non-hazardous byproducts and are increasingly being considered viable solutions to the problem of decontamination. When coupled with system analysis, the multi-omics technique produces important data for functional validation and genetic manipulation, both of which may be used to boost the efficiency of bioremediation systems. RNA-guided nucleases and RNA-guided base editors include zinc-finger nucleases (ZFNs), transcription activator-like effector nucleases (TALENs), and clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR), which are used to alter genes and edit genomes. The review sheds light on key knowledge gaps and suggests approaches to pesticide cleanup using a variety of microbe-assisted methods. Researches, ecologists, and decision-makers can all benefit from having a better understanding of the usefulness and application of systems biology and gene editing in bioremediation evaluations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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